23.9.17 Tanger

C'est en repensant la membrane prébiotique lors des échanges avec Mr Moonens ( voit mail) qu'il m'est apparu naïf de penser que les protons H+ puissent se concentrer dans le périplasme, car localement il doit y avoir neutralisation et donc pas de potentiel. Je pense maintenant que la raison d'être des aas du vivant, ceux-là et pas d'autres aas, est la création d'un potentiel électrique à travers la membrane interne, même infime aux PEEMOVs. Ceci est possible grâce aux trois lignes de liaisons doubles, avec des électrons délocalisés, des protéines. Aux PEEMOVs l'enchevêtrement des aas libres (sans liaison peptidique) et des phospholipides va créer faiblement ces lignes. C'est la contrainte de la membrane et les changements rapides du potentiel électrique instantané à travers la membrane, parce que toutes les molécules et ions de la cellule bougent, qui vont sélectionner les aas les plus aptes à répondre à ces changements rapides notamment par la rapidité de la délocalisation en masse des électrons des lignes de double liaison. Voici donc une réponse à la question pourquoi ces aas et pas d'autres. J'avais déjà répondu à la chiralité des aas par l'article chiralité prébiotique(ref.). Il est possible que seulement quelques aas suffisent pour le potentiel électrique, mais il est nécessaire que les autres aas ne doivent pas l'affaiblir. Car à ce niveau les radicaux des aas doivent jouer un rôle de 1er ordre étant donné la finesse du processus électronique mis en jeu.

  A un certains degré de contrainte due à l'auto-organisation sans fin initialisée par le liposome et les aas, les protons H+ pourraient traverser ce conglomérat d'aas et de phospholipides à la manière des orages dans les cumulo-nimbus. C'est l'ébauche d'une ATPase.

  Quand on parle des protéines, on met toujours leur fonction finale en avant, mais les lignes de délocalisation des électrons n'existent pas. A peine parle-t-on de conformation tridimensionnelle pour les sites actifs. Pourtant c'est une résonance électronique aussi importante que la résonance électronique dans l'ADN qui est à 3 dimensions (les nuages des électrons des cycles des bases nucléiques).

23.9.17 Tanger

Comparer l'information et la fonction de ces gènes à ceux des gènes protéiques.

Alors que pour les gènes protéiques il est nécessaire de passer par une traduction de l'information en un outil qu'est la protéine, donc aux fonctions multiples, l'information contenue dans les gènes des tRNAs est directement utilisable après seulement une activation de l'anti-codon par appariement des bases et repliement en 3 dimensions. La conformation dans l'espace à 3 dimensions est nécessaire pour les protéines aussi.

  Donc la fonction du tRNA existe déjà dans l'ADN et elle n'est qu'activée par la transcription. La fonction unique et très simple du tRNA est l'appariement de son anti-codon au codon du RNA messager. Dans mon hypothèse de la résonance dans l'ADN, la résonance du triplet futur  anti-codon dans l'ADN  est reproduite dans l'anti-codon par une simple juxtaposition des monomères ARN sur le triplet ( appariement ADN ARN lors de la transcription). Ce n'est plus cependant une résonance comme dans l'ADN à 2 brins appariés mais c'est devenu un état vibratoire dans la boucle simple brin du tRNA. Cet état vibratoire rentrera en résonance avec celui du codon dans l'ARN messager. La fonction de recherche, d'approche et d'appariement (tenon et mortaise) est réalisée uniquement par la résonance des 2 triplets dans l'ADN.

  Cette analyse justifie à elle seule l'existence d'une conformation résonante d'un gène protéique dans l'ADN comme je l'ai supposée à la suite de l'hypothèse de la résonance (ref.). La conséquence théorique majeure c'est qu'il n'y a pas de codon usage, la séquence du gène protéique est imposée par la résonance dans l'ADN et non par la fonction de la protéine. Autrement dit la séquence du gène ne s'adapte pas à la machine traductionnelle mais c'est cette machine qui doit obligatoirement traduire ce que lui produit l'ADN.

   L'hypothèse de la sélection traductionnelle (ref.) laisse penser que c'est la sélection des tRNAs qui entraîne la sélection des codons synonymes dans un gène protéique pour que la traduction soit optimale. On a démontré une forte corrélation entre le nombre de tRNAs à anti-codon optimaux et les codons optimaux de certains gènes qui doivent être traduits rapidement et en grand nombre ( les facteurs de transcription EF-TU et d'autres protéines du ribosome, ref.). Mais qu'en ait il des 80% des gènes protéiques chez les procaryotes. Ils sont traduits aussi. En fait la vitesse de traduction ne dépend que de la conformation résonante du gène. L'hypothèse de la sélection traductionnelle reconnaît aussi que dans ces mêmes gènes à codons optimaux il est nécessaire d'avoir des codons à vitesse réduite de traduction pour que la protéine ait le temps de réaliser sa conformation à 3 dimensions.

  L'hypothèse de la résonance dans l'ADN, la grande souplesse d'adaptation des tRNAs et le grand nombre de modifications qu'ils puissent subir en même temps dans le même individu, et entre les espèces, permettent de réaliser la synchronisation de tous les processus cellulaires. Et c'est grâce au processus du changement du contenu en GC que tout cela est possible: la conformation résonante des gènes protéiques ( et les protéines qui modifient les tRNAs incluses) bascule d'un état à un autre sans pour autant changer la fonction de toutes les protéines, ce qui permet adaptation ( notamment des tRNAs ) et maintenance de la cohérence cellulaire.

  Le réseau des interactions milieu-cellule est le suivant en tenant compte de la résonance dans l'ADN: Action du milieu sur les protéines qui maintiennent l'ADN (d'où processus GC) et sur le reste de la cellule ( métabolisme central, enzymes, membranes . . . ); adaptation génique avec changement des conformations résonantes des gènes ( nécessité de la réplication); modification de la machine traductionnelle ( notamment modifications des tRNAs par les nouveaux gènes protéiques); modification du métabolisme centrale en réaction à l'action du milieu; action du métabolisme central sur la machine traductionnelle, notamment en modifiant différemment les tRNAs.

  Nous voyons que dans ce réseau la réaction se propage de l'ADN vers l'ARN et non dans le sens inverse. La réaction se fait dans les 2 sens entre tRNAs et métabolisme centrale. L'action du milieu contraint la cellule, notamment le métabolisme central, qui répond par l'ADN pour résoudre cette contrainte.

26.8.17 Tanger

La fonction enzymatique est constitutive de l'architecture biologique même et la rendre stressante n'aurait de sens que si on dévoile son caractère nocif au moins relativement. Ce caractère nocif relatif s'applique à l'ARN et non aux protéines parce que le recyclage de ces dernières est le fondement même de la dynamique du vivant. Par contre la destruction des ARNs n'est pas totale (rRNA et tRNA) et n'est pas obligatoire. C'est ainsi qu’une nouvelle architecture apparaît chez les eucaryotes qui utilisent la membrane nucléaire pour protéger le monde ARN de l'attaque des protéines. Cette nouvelle architecture est fondée sur le splicing qui met en valeur la fonction enzymatique de l'ARN qui est très réduite chez les bactéries (ribosome) et commence à apparaître chez les archées grâce à une plus grande protection de l'ARN par la membrane des archées.

 Cette nouvelle architecture chez les eucaryotes ne détruit pas celle mise en place par l'ADN dans les PEEMOV. La résonance de l'ADN a permis, dans ces 1ères étapes et avec l'aide de l'auto-organisation du liposome, de créer les gènes protéiques et cette résonance (voir Répétition des bases dans l'ADN des procaryotes (puce 4 paragraphe2)) , très cohérente, ne sera pas atteinte par la fonction enzymatique de l'ARN en agissant sur l'ADN. C'est une autre fonction de l'ADN qui va permettre la mise en place du splicing, la transposition de petites séquences d'ADN (éléments mobiles, transposons et plasmides) qui ne met pas en œuvre la fonction enzymatique de l'ARN sur l'ADN, mais utilise les propriétés des appariements de l'ADN et les fonctions enzymatiques des seules protéines.

Cependant l'insertion de petites séquences d'ADN dans les gènes pré-existants va changer radicalement la résonance de l'ADN. Et c'est la fonction de transposition, toujours possible dans l'ARN transcrit et par excision, qui va rétablir la résonance des ARN des protéines et des tRNAs. Le résultat c'est la combinatoire des introns et des exons pour les protéines et l'apparition de nouveaux tRNAs qui ne pouvaient pas exister directement dans l'ADN bactérien. D'où une nouvelle organisation des tRNAs avec l'extention des anticodons commençant par l'adénine A, la promotion du codon ATA et l'apparition des suppresseurs des codons Stops contrecarrée par la duplication massive des tRNAs pour supprimer le caractère délétère de ces suppresseurs.

Cette idée est née pendant la réflexion sur l'unicité de la résonance des codons que j'ai essayé de mettre en évidence dans l'article sur les corrélations  et notamment le chapitre sur les tRNAs.

11.8.17 Paris

Il y a une contradiction dans ce titre et c'est voulu. L'idée est venue à la suite de l'étude des tRNAs: Un tRNA correspondrait à un gène protéique avec les extrémités 3'-UTR et 5'-UTR nécessaires à la transcription et ne contenant qu'un seul triplet, entre les 2, ayant l'état vibratoire d'un codon protéique. Étant donné le rapprochement de ces 2 extrémités, 3'-UTR et 5'-UTR peuvent alors s'apparier et donner la forme en trèfle à 4 feuilles que l'on connaît.

Dans l'article sur l'étude de la répétition des bases dans l'ADN des procaryotes j'ai émis l'hypothèse de la résonance dans l'ADN ce qui m'a conduit à considérer: 

• Le code génétique de l'ADN à 4 bases et
  
• L'état vibratoire des codons (2ème puce paragraphe 2 du chapitre 4.3.2.3.2)
  

L'étude des tRNAs reposait le problème du code génétique dans l'ADN:

• La position 37 est très modifiée et même plus que la position 34, comme si le code génétique (celui de la traduction) était à 4 bases;
• Pourquoi l'adénine, A, ne se trouve abondamment en 1ère position de l'anticodon que pour l'Arg chez les procaryotes? Elle existe cependant, toujours chez ces derniers, de façon significative pour le carré de la Leu ( environ 10% des procaryotes ont des tRNAs de ce type, 369 sur 4000) et de la Thr (environ 3% des procaryotes, 100). Dans les autres carrés la fréquence des tRNAs commençant par A est de de l'ordre du 1%0.
• Chez les eucaryotes la situation est complètement l'inverse des procaryotes: les tRNAs-G ont complètement disparus, sauf pour Gly, dans les carrés à 4 codons pour 1 aa; Ils sont remplacés par les tRNAs-A; La Gly devient l'exception à la place de l'Arg pour les procaryotes. Cela fait 8 carrés sur 9; Le carré de l'Ile paraît se comporter comme les autres 8 carrés, puisque les tRNAs-A remplacent les tRNAs-G et que  les tRNAs-U inexistants chez les procaryotes deviennent abondants chez les eucaryotes comme ceux des 8 autres carrés. Les 7 carrés à 2 aas n'ont toujours pas de tRNAs-A.
• Ce changement radical entre procaryotes et eucaryotes est du à l'épissage des tRNAs des eucaryotes et bizarrement, pour cela, un intron est inséré entre la position 37 et 38 me rappelant le code à 4 bases de l'ADN.

Avant l'étude des contenus en GC, qui m'a amené à la réflexion présente et qui a été abordée dans les articles répétitions des bases chez les procaryotes  et corrélations entre codons, j'avais entamé 2 réflexions en relation avec cette idée de polypeptide à un seul aa:

• D'abord tout à fait au début de ma recherche sur les origines de la vie, quand j'adoptais la méthode du plus simple au plus compliqué, je me confrontais à l'absence de gènes protéiques codant pour quelques aas seulement, ce qui bloquait cette méthode si on envisageait de démarrer les PEEMOVs par des enzymes de quelques aas seulement.
• Ensuite, toujours avant mon étude sur les contenus en GC, la réflexion sur la résonance dans l'ADN m'a conduit à proposer que ce sont les séquences à forte résonance et à forte cohérence qui devaient apparaître en premier et qu'elles devaient être courte. Les gènes des tRNAs paraissaient être les bons candidats. Par association d'idée il me semblait évident que les gènes des rRNAs devaient apparaître par duplication des gènes des tRNAs: pour les procaryotes le rRNA de la petite sous-unité du ribosome a une longueur de 20 gènes tRNAs de 75 bases (est-ce en relation avec les 20 aas protéinogènes?), soit 1500 bases, le rRNA de la grosse unité a une longueur double. Chez les eucaryotes il suffit de mettre en avant leur complexité pour imaginer quelques modifications de plus par rapport aux procaryotes pour atteindre des longueurs des rRNAs à peu près analogues à ceux des procaryotes.

 Les conséquences de cette hypothèse:

• Ne pourront être transcrites que les séquences contenant les extrémités 3'-UTR et 5'-UTR et éventuellement des séquences de triplets à état vibratoire équivalent à celui d'un codon protéique;
• Un polypeptide ne pourra se former que si les extrémités 3'-UTR et 5'-UTR sont assez éloignées pour pouvoir s'apparier après  la transcription;
• Les boucles des rRNAs seraient alors équivalentes à des gènes de polypeptides de quelques aas;
• et l’absence de tRNA pour les codons stops correspondrait à un polypeptide à 0 aa et qu'on pourrait trouver dans le rRNA.
• La RNA polymérase III des eucaryotes qui transcrit des séquences non codantes est différente de celles qui transcrivent les RNAms parce qu'elle peut transcrire plusieurs tRNAs et rRNAs regroupés ( avec donc plusieurs extrémités 3' et 5' UTR) à la façon d'un opéron. Attention voir tRNAome des eucaryotes 2017 pour les pre-tRNAs et le splicing.
  
• Les gènes codants des eucaryotes sont beaucoup plus longs que ceux des procaryotes à cause des introns et donc ont des états vibratoires différents de ceux des procaryotes favorisant par leur longueur le processus de splicing.

20.4.17 Paris

Cette idée est née de l'étude des corrélations entre les codons dans les gènes de protéines des bactéries. L'article s'étend à toutes protéines, celles des eucaryotes comprises, mais ici je ne considère que les bactéries avec des diagrammes étendus à 111 génomes sur un lot de 6 protéines de longueur moyenne de 6550 aas. Cette situation est adéquate pour la réflexion sur les PEEMOVs car elle concerne les plasmides qui sont propres aux procaryotes et que j'ai évoqués dans d'autres idées ici comme pouvant initier le chromosome bactérien étant donné leurs petites tailles et leur aptitude à entrer ou sortir de ce chromosome.

Le constat principale qui ressort de la comparaison entre les corrélations entre codons, d'une part, et les corrélations entre aas, d'autre part, c'est que 61 codons sur 64 sont très fortement corrélés (sauf Met, Trp et le codon stop tag) alors que seulement 10 aas sur 20 le sont. En plus, la distribution des coefficients de corrélation des codons progresse de façon continue alors que celle des aas présente une rupture nette entre aas corrélés et ceux qui ne le sont pas. La conséquence de ce constat c'est que toute mutation dans un gène entraîne des contraintes fortes pour de futurs changements pour que la corrélation entre codons soit satisfaite.

Avant mon idée exposée ici, des tectoniques des gènes ou des plasmides, c'est que les bactéries ( et les procaryotes en général et non les eucaryotes) peuvent s'adapter rapidement à un milieu qui évolue graduellement vers des extrêmes par de nombreuses mutations qu'on n'a pas pu détecter jusqu'ici parce qu'en général on expérimente dans des conditions constantes. Cette hypothèse a été envisagée dans un premier article sur la répétition des bases dans l'ADN des procaryotes.

Cependant l'étude des diagrammes étendus des codons et celle de la conformation des protéines en fonction  du contenu en GC (voir ci-dessus corrélations entre codons) laisse penser le passage d'une conformation à une autre peut se faire brutalement avec une très faible variation du contenu en GC. C'est cette brutalité étendue à tout le génome, ainsi que les contraintes énormes liées aux corrélations fortes entre codons qui m'ont fait rappeler la tectonique des plaques d'où la genèse de cette idée:

Au lieu donc d'une adaptation graduelle avec de nombreuses mutations dans un milieu qui évolue aussi graduellement, l'adaptation peut se faire aussi par accumulation des contraintes fortes, suite à quelques mutations, puis passage brusque à une autre configuration ou conformation par de nombreuses mutations qui pourraient se faire en une seule fois pendant la réplication.

Se pose alors la même problématique qu'avec les PEEMOVs, la conformation de la protéine est prédéfinie dans le gène. En supposant que cette hypothèse soit vraie même pour les bactéries actuelles, se pose alors le problème des accidents ou des "erreurs" . Cela revient à un tremblement de terre, ou plutôt de Terre si l'on considère tout le chromosome, il y aura très peu de survies. Mais si l'on pense à la tectonique des plaques et aux tremblements de "terre" cela ne se produit que localement. C'est ce qui m'a fait penser aux plasmides: le tremblement se ferait juste dans le plasmide. Ceci va de pair avec l'évacuation des contraintes du chromosome: la contrainte locale (quelques gènes) provoque et part avec le plasmide. C'est ce qui se passerait pour la résistance aux antibiotiques.

Reste que ceci n’entraîne pas automatiquement de nombreuses mutations: il faut que les gènes de réparation et la réplicase en 1er soient modifiés pour résoudre ces contraintes et seulement dans le plasmide. Cela me fait penser alors que les contraintes ont dues augmenter dans le plasmides du fait de sa petite taille. Du coup j'ai pensé aux polymérases (réplicases) "error-prone" qu'on a trouvé en double chez certaines bactéries qui sont devenues résistantes aux antibiotiques. Voilà une polymérase qui n'attaquerait que les plasmides et ne ferait pas trembler le chromosome et le plasmide pourrait évoluer indépendamment du chromosome et plus rapidement.

Mais comment est apparue la polymérase "error-prone"? Certainement par quelques unités ou dizaines de mutations entraînées par l'interaction "milieu-polymérase-adn", le milieu modifiant la conformation de la polymérase qui interagit sur l'adn qui a accumulé des contraintes par quelques mutations.

Dans les PEEMOVs ce sont certainement les groupements d'aas en guise de polymérase et les groupements de monomères d'adn en guise de gènes, tous les deux organisés sous la contrainte du liposome et du cytoplasme  (milieu) qui auraient dus apparaître en 1er.